BR112016012195B1 - Ventoinha, flange anular para uma ventoinha e motor de turbina - Google Patents

Abstract

ventoinha, anel para uma ventoinha, flange anular para uma ventoinha e motor de turbina a invenção refere-se a uma ventoinha, em particular a um motor de turbina de pequeno porte como um turbojato, com uma razão do cubo que corresponde à razão do diâmetro do limite interno da nervura de entrada de ar (26) ao nível das extremidades radialmente internas dos bordos de ataque das lâminas da ventoinha (10), dividido pelo diâmetro do círculo ou que passa pelas extremidades externas das lâminas da ventoinha, com valor compreendido entre 0,25 e 0,27.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se à obtenção de um dimensionamento particular de uma ventoinha, em particular para um motor de turbina, tal como um turbojato.

[002] A invenção refere-se um desafio técnico real, e apresenta particular interesse ao tratar de motores de turbina cujas dimensões externas foram planejadas para se adaptar ao campo da aviação de negócios. Normalmente, esses motores de turbina, de tamanho relativamente pequeno, têm um diâmetro de entrada definido pelo diâmetro a montante da nervura do motor de turbina, compreendido entre 900 e 1550 mm, a fim de apresentar dimensões estreitamente relacionadas com uma massa total e adequadas para montagem em aviões como jatos executivos.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[003] Como em qualquer tipo de motor de turbina, desenvolvimentos em relação a este tipo de motor de turbina de pequeno porte se concentram essencialmente na melhoria dos desempenhos, na redução de consumo e no ganho de massa. As áreas de desenvolvimento são, neste sentido, variadas e podem, por exemplo, dizer respeito à escolha de materiais, ao estudo das formas das lâminas, à otimização das ligações mecânicas entre as partes e à prevenção de vazamentos, dentre outras.

[004] Uma das áreas de desenvolvimento geralmente seguida é a redução da razão do cubo da ventoinha do motor de turbina. Esta razão do cubo é a relação entre o diâmetro externo do cubo no bordo de ataque das lâminas da ventoinha e o diâmetro do círculo por onde passam as extremidades radiais destas lâminas da ventoinha. A diminuição da razão do cubo geralmente envolve uma diminuição radial do tamanho do cubo e, portanto, um ganho de massa, mas também implica em um aumento da seção de aspiração do motor de turbina, envolvendo aumento do fluxo de ar, impulsionando o motor de turbina e, portanto, ganho de desempenho. No entanto, tendo em conta o presente conhecimento da concepção e da fabricação de motores de turbina de pequeno porte, tais como aqueles que possuem diâmetro de entrada definido acima, é considerado que este tipo de motor de turbina não permite uma redução do diâmetro externo do cubo, particularmente no bordo de ataque das lâminas da ventoinha na parte inferior do diâmetro efetivamente utilizado, que possui tipicamente entre 570 e 585 mm. Com efeito, as dimensões atuais dos elementos mecânicos que compreendem o cubo são consideradas não reduzíveis, principalmente pelas razões evidentes da resistência mecânica radial das lâminas, da resistência à torsão, das tolerâncias e dos métodos de fabricação, das ferramentas de acessibilidade, dentre outros.

[005] Contrariamente a esses preconceitos técnicos, a invenção oferece uma escolha de determinado dimensionamento de uma ventoinha de motor de turbina que proporciona um ganho significativo de desempenho e de massa.

[006] Pra esta finalidade, a invenção oferece uma ventoinha, particularmente para motor de turbina como um turbojato, a qual compreende, na entrada das lâminas da ventoinha, uma caixa anular, um cubo girando em torno de um eixo do motor de turbina e com as lâminas, as quais se estendem radialmente em relação ao referido eixo dentro de uma nervura anular delimitada internamente pelo cubo e externamente pela caixa anular, o dito cubo compreendendo um disco da ventoinha com sua periferia externa às nervuras significativamente axial formado em alternância com os sulcos nos quais estão presos os pés das lâminas, a dita ventoinha possuindo um diâmetro de entrada que corresponde ao diâmetro do círculo incluindo as extremidades radialmente externas das lâminas, que é um valor compreendido entre 900 mm e 1550 mm, e com uma razão do cubo que corresponde à razão do diâmetro do limite interno da nervura no nível das extremidades radialmente internas dos bordos de ataque das lâminas da ventoinha, dividido pelo diâmetro de entrada, com o valor compreendido entre 0,20 e 0,265.

[007] Mais particularmente, é proposto um diâmetro de entrada com valor compreendido entre 900 e 1200 mm, para proporcionar resultados ainda mais vantajosos em termos de massa. Como será explicado adiante, a escolha particular de tal diâmetro externo é o objeto de um preconceito técnico especialmente muito importante.

[008] Além disso, a invenção propõe uma disposição mecânica específica do rotor da dita ventoinha, que é particularmente bem adaptada para este dimensionamento escolhido.

[009] Geralmente, o rotor de uma ventoinha de um motor de turbina consiste em um disco com, em sua periferia externa, lâminas cujos pés são fixados dentro dos sulcos substancialmente axiais na periferia externa do disco. As lâminas são mantidas radialmente no disco em cooperação das formas dos seus pés com os sulcos no disco, sendo os pés das lâminas, por exemplo, do tipo cauda de andorinha. As plataformas entre as lâminas são montadas sobre o disco entre as lâminas da ventoinha. O disco é geralmente equipado com um peso de equilíbrio que se estende radialmente para dentro.

[010] Na técnica atual, as lâminas são mantidas axialmente sobre o disco pelos meios que são montados no disco, a montante e a jusante das lâminas, e que impedem que os pés das lâminas se movam axialmente nos sulcos do disco.

[011] Os meios de retenção localizados a jusante das lâminas incluem, por exemplo, pelo menos um gancho da base da lâmina que está acoplado dentro de um entalhe usinado sobre uma parte da extremidade a montante do compressor de baixa pressão disposto a jusante da ventoinha. Para permitir a montagem desses ganchos nos entalhes do compressor de baixa pressão, é necessário aumentar radialmente os sulcos do disco em relação às bases das lâminas. Assim, é possível mover axialmente as lâminas no fundo dos sulcos e posicionar os ganchos das bases das lâminas alinhadas radialmente em relação aos entalhes. É possível então levantar radialmente as lâminas nos sulcos usando cunhas suficientemente espessas, dispostas no fundo dos sulcos, para introduzir os ganchos das bases das lâminas dentro dos entalhes e manter as lâminas em posição alta.

[012] Os meios de retenção localizados a montante compreendem, por exemplo, um flange anular relatado e fixo sobre a extremidade a montante do disco. O flange é montado coaxialmente sobre o disco e tem uma parte festonada que coopera com uma parte festonada correspondente do disco. Este flange bloqueia axialmente o anel no disco e sua rotação é imobilizada em relação ao disco. A periferia externa do flange está axialmente apoiada nas bases da lâmina para sua retenção axial a jusante, sua periferia interna sendo aplicada e fixa sobre um aro anular correspondente do disco. A periferia externa do flange possui, além disso, grampos de fixação das extremidades a montante das plataformas entre as lâminas.

[013] Uma virola com formato significativamente troncocônico montado no disco, a montante das lâminas, delimita internamente a nervura anular de entrada do ar no motor de turbina. Esta virola possui, na adjacência de sua extremidade a jusante, um aro anular e radialmente interno que é aplicado axialmente sobre o flange supracitado, e que é fixado ao flange no aro do disco por parafusos.

[014] Um capô troncocônico é, além disso, montado sobre a virola supracitada, sendo a porção a montante da mesma, por meio de outros parafusos, fixada nos buracos nas chapas do capô e da virola, e que estão localizados radialmente dentro dos parafusos de fixação da virola sobre o disco.

[015] Essa estrutura não pode ser usada quando a ventoinha apresenta um diâmetro pequeno. Com efeito, o espaço radial não é suficiente para acomodar todos os parafusos e os flanges supramencionados. Particularmente, é difícil acomodar os parafusos e os flanges para fixação do capô sobre a virola.

[016] Além disso, o disco está fixado a um eixo anexado a um eixo de transmissão por meio de porcas parafusadas no eixo através de flanges radiais. Para realizar a montagem e a desmontagem do rotor da ventoinha, é necessário acessar axialmente estas porcas com uma ferramenta. Para fazer isso, o operador deve ter espaço suficiente ao redor do eixo central.

[017] No caso em que a ventoinha possui diâmetro pequeno, a estrutura descrita acima da técnica anterior não permite acesso aos referidos meios de fixação do disco no eixo.

[018] Portanto, a técnica anterior não permite, de acordo com a técnica prejulgada equivocada, formar uma ventoinha com a dimensão e a razão do cubo definidos pela invenção.

[019] O documento EP 1 357 254 também revela um rotor de ventoinha cuja estrutura tem um espaço radial e axial importantes.

[020] O documento WO 2012/114032 possui uma estrutura que permite a concepção de uma ventoinha compacta de pequeno diâmetro, usando um anel fixo ao disco e que possui dentes axiais antirrotação do flange. No entanto, essa estrutura não é perfeita em termos de massa total e de estabilidade do flange, o que indica que a retenção axial das lâminas em funcionamento à montante não é ideal e completamente eficaz. Além disso, essa estrutura não é adequada para o disco, por motivos de otimização e redução de espaço, e compreende um aro a montante estendendo-se para o interior para a parafusagem do capô troncocônico e a parafusagem de um anel de bloqueio na rotação do flange de retenção axial das lâminas.

DESCRIÇÃO DA INVENÇÃO

[021] Busca-se uma solução simples, eficiente e econômica para este problema, como tal, uma possivelmente independentemente das restrições do diâmetro de entrada e da razão do cubo supracitadas e reivindicadas.

[022] Para este efeito, propõe-se fornecer um capô anular montado no disco a montante das lâminas, e meios de reter axialmente as lâminas sobre o disco com um flange montado dentro de um canal côncavo anular do disco e formando um apoio axial dos pés das lâminas, o flange compreendendo uma borda anular radial recortada e cooperando com uma borda anular radial recortada do canal côncavo anular do disco, de modo a assegurar um bloqueio axial do flange no canal côncavo anular do disco, e os meios de imobilização em rotação do flange, com um anel com espigas estendendo-se radialmente para dentro e formando com os meios de fixação sobre uma face radial a montante do disco, o dito capô estando fixo sobre o disco pelos meios de fixação parcialmente comuns aos meios de fixação com pelo menos certas espigas do anel sobre o disco, caracterizado pelo fato de que o dito anel compreende, além disso, pelo menos uma projeção radial que coopera com uma paragem complementar do flange, de modo a bloquear a rotação do flange em relação ao anel.

[023] A estrutura definida acima permite uma montagem mais compacta do que a da técnica anterior, que permite uma localização e uma concentração radialmente mais externa dos meios de fixação entre o capô, o flange e o disco para conseguir maior flexibilidade de concepção do motor de turbina circundante. Além disso, o anel de fixação utilizado na invenção descrita acima tem uma massa menor do que o anel usado no documento WO 2012/114032, já que ele não possui os dentes que se estendem axialmente no sentido a jusante.

[024] De acordo com uma modalidade particular, o disco compreende um aro a montante estendendo-se para o interior, e com buracos alinhados com os buracos nas espigas para a passagem dos parafusos de fixação axiais do anel do disco. Os parafusos garantem uma fixação rígida, assegurado a antirrotação entre o anel e o disco.

[025] Vantajosamente, o anel compreende uma parte cilíndrica a partir da qual as projeções radiais se estendem radialmente para fora, as espigas se estendem radialmente para o interior desde a borda acima da parte cilíndrica, estando a parte cilíndrica do anel em apoio radial sobre o dito aro do disco.

[026] Assim, o anel coincide com a forma do flange, onde ele é fixo para uma diminuição do espaço necessário para a fixação do anel sobre o disco.

[027] Preferencialmente, as paragens do flange que cooperam com as projeções radiais do anel são formadas por recortes instalados sobre uma borda a montante do flange.

[028] O flange mantido apoiado axialmente nas lâminas à sua borda a jusante, portanto, é fixo em rotação em relação à sua borda a montante pelas projeções do anel. Esta retenção assegurada em cada borda do flange lhe confere uma estabilidade mais importante do que os flanges utilizados na técnica anterior.

[029] De acordo com outra característica, um dos recortes é fornecido sobre a borda a montante do flange, em alinhamento axial com cada nervura do disco. Os recortes podem ser dispostos alinhados com estas nervuras. Isso proporciona um melhor equilíbrio durante a rotação do rotor da ventoinha.

[030] Vantajosamente, uma projeção radial do anel é inserida nos dois recortes do flange. Isto é suficiente para garantir a antirrotação do flange ao diminuir a massa do anel.

[031] Ainda de acordo com outra característica, o capô possui, em sua parte média, uma borda anular interna dentro da qual são formados os buracos cegos axiais conducentes para a jusante e que servem para o alojamento das cabeças dos parafusos de fixação do anel sobre o disco, e os buracos axiais passantes para a passagem dos parafusos de fixação comuns do capô e do anel sobre o disco.

[032] Desta forma, algumas espigas do anel são atravessadas pelos parafusos que fixam o capô e o anel sobre o disco, e outras espigas do anel que são atravessadas pelos parafusos servem apenas para fixar o anel sobre o disco. Além disso, no caso em que o capô é feito de um material leve, como o alumínio, há risco de levantamento deste último, por exemplo, no caso de entrada de uma ave dentro da ventoinha Em tais casos, o levantamento não pode resultar na desconexão do anel e do disco. Na verdade, o levantamento do capô não tem nenhum efeito sobre os parafusos que servem unicamente para a fixação do anel e do disco. Isso evita também todo o tipo de flange de retenção axial das lâminas e, portanto, qualquer ejeção acidental de uma ou mais lâminas da ventoinha.

[033] Preferencialmente, os parafusos de fixação do anel sobre o disco alternam com os parafusos de fixação comuns do capô e do anel sobre o disco.

[034] Em uma modalidade, um pino de indexação é montado em um dos buracos alinhados do anel e do disco, e inclui uma cabeça a montante recebida dentro de um buraco cego da borda radial interna do capô. Este pino de indexação fornece uma marcação angular entre o anel e o disco, útil ao desmontar e montar o rotor da ventoinha.

[035] Também diz respeito a um motor de turbina, que compreende um rotor de ventoinha, conforme descrito acima.

[036] Além disso, é proposto um anel para um rotor de ventoinha, tal como foi descrito anteriormente, que compreende uma parte cilíndrica que possui uma face cilíndrica interna e uma face cilíndrica externa, da qual projeções radiais se estendem regularmente radialmente para fora, as espigas estendendo-se radialmente para dentro da parte cilíndrica desde uma borda da parte cilíndrica, com cada espiga estando localizada significativamente entre cada par de projeções adjacentes.

[037] Por fim, ela diz respeito a um flange anular para um rotor de ventoinha, tal como foi descrito anteriormente, que compreende uma parede significativamente troncocônica, de espessura variável, cuja extremidade de maior diâmetro está ligada a uma borda anular que se estende para o interior e que é recortada regularmente, e cuja extremidade de menor diâmetro é recortada regularmente.

[038] O rotor da ventoinha descrito acima, cuja concepção resulta diretamente da escolha da razão do cubo efetuada dentro do âmbito da modalidade do motor de turbina de tamanho pequeno, oferece, além disso, um efeito técnico inesperado e particularmente vantajoso no âmbito do contexto técnico aqui descrito.

[039] A escolha particular da razão do cubo descrita no presente pedido de patente envolve uma redução geral das dimensões do disco da ventoinha do motor de turbina em relação à técnica anterior. Este disco apresenta um diâmetro externo em um valor que é agora tipicamente compreendido entre 245 e 275 mm. No entanto, continua sendo necessário que este disco atenda as restrições relacionadas com a retenção e o funcionamento das lâminas da ventoinha, cujo número e dimensões permanecem relativamente idênticos em relação à técnica anterior. Para este efeito, o número de lâminas é preferencialmente compreendido entre 17 e 21 lâminas e, mais particularmente, entre 18 e 20 lâminas. A altura e a largura dos sulcos no disco devem, de acordo com o atual conhecimento técnico, não sofrer uma redução das dimensões, de um lado para permitir a introdução dos ganchos a jusante da retenção axial das lâminas mencionadas neste pedido e, de outro lado, para ser adequado ao tamanho dos pés das lâminas, cujas dimensões não foram reduzidos a fim de apoiar as lâminas em rotação.

[040] Os requisitos simultâneos de retenção das dimensões dos sulcos no disco e de redução do diâmetro geral do disco, então, necessariamente envolvem uma diminuição na largura, ou seja, do tamanho circunferencial das nervuras do disco. As nervuras do disco da ventoinha, mais finas do que na técnica anterior, oferecem uma razão do cubo mais alta, apresentando assim uma fragilidade maior e maior risco de ruptura, em relação ao torque suportado durante o funcionamento, do que as nervuras da técnica anterior.

[041] Para resolver esse problema, recomendou-se formar o disco da ventoinha com uma liga de inconel, muito resistente. Esta liga é muito pesada, prejudicando o desempenho global do motor de turbina e, portanto, não pode constituir uma solução satisfatória.

[042] No âmbito do rotor da ventoinha descrito acima, observou- se, inesperadamente, que o bloqueio axial das lâminas que funcionam pelo flange de retenção da invenção foi suficientemente eficaz e resistente para superar o bloqueio axial efetuado pelos ganchos a jusante dos pés da lâmina fixada dentro do compressor de baixa pressão, em relação a um motor de turbina cujas dimensões foram anteriormente especificadas. Os inventores, por conseguinte, convenientemente excluíram o gancho a jusante e, portanto, tiveram a oportunidade de reduzir a altura radial dos sulcos do disco da ventoinha, cuja parte era anteriormente reservada para a montagem dos ganchos a jusante, a uma altura tipicamente compreendida entre 18 e 22 mm.

[043] Ainda outro aspecto deste assunto refere-se às cunhas que são usadas nos fundos das ranhuras para manter as lâminas em altura contra as nervuras. Estas cunhas devem, agora, garantir as funções que consistem em limitar a folga dos pés das lâminas dentro dos sulcos em funcionamento, proteger os fundos dos sulcos e amortecer as lâminas, caso elas se rompam ou quando o motor de turbina engole um corpo volumoso. Para atender estas restrições de forma ideal, particularmente no novo contexto descrito acima, as cunhas selecionadas aqui são radialmente afinadas em comparação com as soluções pré-existentes, e apresentam, individualmente, uma espessura radial normalmente entre 1 e 3 mm, e mais particularmente igual a 2 mm, especificando-se que tais cunhas poderiam ser fornecidas mesmo fora das restrições de diâmetro da entrada e das razões do cubo citadas acima e reivindicadas. Cada calço se apresenta, mais particularmente, sob a forma de uma placa de duas faces, alongada ao longo do eixo da ventoinha e colocada contra o fundo de um dos sulcos. Este calço é simétrico nas três direções axiais, radiais e circunferenciais, evitando eventuais erros de montagem. Cada face do calço possui, de preferência, bordas laterais, ou circunferenciais, chanfradas, os com cada um dos chanfros formando um ângulo de 10 °, mais ou menos 2 °, com uma face. Os chanfros de cada face se juntam face a face nas extremidades laterais do calço, de modo a formar as duas bordas laterais do calço. Os ângulos da junção entre as faces do calço e os chanfros são, de preferência, suavizados de modo a apresentar uma curva de raio entre 1,50 mm e 1,80 mm, e mais particularmente igual a 1,65 mm, e os ângulos das junções entre os chanfros, formando as bordas laterais do calço são, de preferência, suavizados de modo a apresentar uma curva de raio compreendido entre 0,45 mm e 0,75 mm, e mais particularmente igual a 0,6 mm. Cada calço possui, de preferência, uma dimensão lateral compreendida entre 17,0 mm e 18,2 mm e, mais particularmente, igual a 17,6 mm.

[044] A redução da dimensão radial dos sulcos implica diretamente em uma redução radial das nervuras, cujas proporções são então mais compactas e apresentam melhor resistência aos momentos fletores em operação. Graças à solução aqui apresentada, a estrutura das nervuras do disco da ventoinha proporciona uma estrutura forte o suficiente para ser formada em liga de titânio muito mais leve do que uma liga de inconel.

[045] Assim, é possível propor um rotor de ventoinha desprovido dos meios de retenção axial das lâminas da ventoinha sobre o disco da ventoinha, a jusante das lâminas. Este rotor da ventoinha compreende apenas, como meio de retenção axial das lâminas, o flange a montante, conforme descrito no presente pedido de patente. Esta característica é particularmente relevante no âmbito das ventoinhas para motores de turbina de pequeno porte da invenção, e apresentam as dimensões e a razão do cubo descritas anteriormente. Propõe-se aqui, para este tipo de ventoinha, formar o disco da ventoinha em liga de titânio, e mais particularmente uma liga do tipo TA6V ou TI17 (TA5CD4).

[046] Além disso, a redução da dimensão radial dos sulcos do disco da ventoinha permite formar a face interna deste disco, com um perfil de equilíbrio a partir de um furo de forma troncocônica coaxial ao eixo da ventoinha, e cujo raio aumenta de montante para jusante. Este perfil de equilíbrio, além de equilibrar o disco da ventoinha, apresenta um diâmetro mínimo, a montante, tipicamente compreendido entre 120 e 140 mm, que é maior que o diâmetro mínimo do perfil de equilíbrio possível de ser utilizado para os sulcos de maior altura, do diâmetro externo do disco equivalente. Este novo perfil de equilíbrio do disco proporciona um espaço anular maior no meio do disco da ventoinha para a passagem axial das ferramentas necessárias para a montagem e aperto dos elementos de fixação do disco da ventoinha no eixo do motor de turbina, estes meios estando dispostos a jusante do disco.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[047] Os diferentes aspectos das soluções aqui apresentadas serão mais bem compreendidos em outros detalhes, características e vantagens dos mesmos, que serão mais evidentes ao ler a descrição a seguir, a qual foi feita a título de exemplo e não de limitação, e em referência aos desenhos em anexo, nos quais: - a figura 1 é uma vista em perspectiva parcialmente levantada de um motor de turbina de acordo com a técnica anterior, - a figura 2 é uma visa esquemática da metade parcial na seção axial de um rotor da ventoinha do motor de turbina de acordo com a técnica anterior, - a figura 3 é uma vista em perspectiva de um rotor da ventoinha atual com o levantamento do capô - a figura 4 é a vista de frente e com o capô levantado, - as figuras 5, 6 e 7 são s respectivas vistas das seções A-A, B-B e C-C da figura 4, - a figura 8 é uma vista esquemática da metade parcial na seção axial, em escala, de uma ventoinha do motor de turbina de acordo com a invenção, - a figura 9 é uma vista em perspectiva de um calço usado dentro da ventoinha de acordo com a invenção, - a figura 10 é uma vista em seção transversal do mesmo calço.

DESCRIÇÃO DE REALIZAÇÕES DA INVENÇÃO

[048] Será feita referência, primeiramente, às figuras 1 e 2, que representam, por conseguinte, uma ventoinha de motor de turbina de acordo com a técnica anterior à presente invenção.

[049] A dita ventoinha compreende as lâminas 10 guiadas pelo disco 12 e entre as quais estão intercaladas as plataformas 14, entre as lâminas, com o disco 12 estando fixo na extremidade a montante de um eixo 13 do motor de turbina.

[050] Cada lâmina 10 da ventoinha compreende uma pá 16 ligada à sua extremidade radialmente interna a uma base 18 que é acoplada dentro de um sulco 20 sensivelmente axial de forma complementar ao disco 12, formado entre duas nervuras 22 do disco 12, e que permite reter radialmente esta lâmina 10 sobre o disco 12. Um calço 24 é intercalado entre a base 18 de cada lâmina 10 e a parte inferior do sulco 20 correspondente do disco 12 para imobilizar radialmente a lâmina 10 sobre o disco 12.

[051] As plataformas 14 entre as lâminas formam uma parede que delimita interiormente uma nervura 26 do fluxo de ar que entra no motor de turbina, e que compreende os meios correspondentes fornecidos no disco 12, entre os sulcos 20, para fixar as plataformas sobre o disco.

[052] As lâminas 10 da ventoinha são retidas axialmente dentro dos sulcos 20 do disco 12 através dos meios adequados montados sobre o disco 12, a montante e a jusante das lâminas 10.

[053] Os meios de retenção localizados a montante compreendem um flange anular 28 em relação e fixo axialmente sobre a extremidade a montante do disco 12.

[054] O flange 28 compreende uma borda anular interna 30 que é recortada ou dentada e que coopera com uma borda anular externa 32 dentada ou recortada do disco 12 para imobilizar axialmente o flange 28 sobre o disco 12. Este flange 28 é suportado por uma borda externa 34 sobre as cunhas 24 dos pés da lâmina 18.

[055] O flange 28 compreende, além disso, um aro anular interno 36 que é intercalado entre um aro anular 38 correspondente do disco 12 e um aro anular interno 40 de uma virola 42 disposta a montante do disco 12 da ventoinha. 36, 38, 40 flanges incluem passagem de parafuso 44 ou similar (não visível) buracos axial para o aperto dos grampos juntos.

[056] A virola 42 possui uma forma sensivelmente troncocônica de a montante para a jusante, a parede sendo definida pelas plataformas entre as lâminas que se estendem para dentro do prolongamento axial da dita virola 42. A dita virola consiste em orifícios 46 radiais para a montagem do parafuso de equilíbrio, bem como de um aro 48 localizado em sua extremidade a montante. Um capô 50 cônico é montado na parte a montante da virola 42. Mais particularmente, o capô 50 possui um aro 52 em sua extremidade a jusante fixado no aro a montante 48 da virola 42 através do parafuso 54.

[057] A jusante da lâmina 10, a retenção axial é permitida por um gancho 120 formado na extremidade a jusante da lâmina 10 e que é introduzida em um entalhe 122 formado na extremidade a montante de um compressor 124 estendendo pela nervura 26 a jusante da ventoinha.

[058] Essa estrutura tem as desvantagens descritas acima. Em particular, ela não é conveniente para uma ventoinha com um diâmetro relativamente baixo.

[059] As figuras 3 a 7 ilustram uma modalidade de um rotor de ventoinha de acordo coma solução desenvolvida no presente pedido de patente, que compreende, da mesma maneira acima, um disco 56 com as lâminas (não representadas) cujos pés estão fixados nos sulcos 58 significativamente axiais à periferia externa do disco 56.

[060] O disco tem uma borda anular 60 sem o peso de equilíbrio e estendido a montante por uma parte anular compreendendo um canal côncavo anular 62 delimitado entre uma face a montante da borda e um rebordo radial 64 que se estende para fora. A extremidade a montante da parte anular compreende um aro 66 que se estende radialmente para o interior e distante do rebordo 64, e que possui, espaçados a intervalos regulares na sua circunferência, os buracos axiais 68 de passagem dos parafusos 70, 72. O rebordo 64 é recortado ou dentado, e compreende partes sólidas que alternam com as partes ocas.

[061] O rotor da ventoinha está equipado com meios de retenção axial a montante das lâminas no disco. Estes incluem um flange 74 montado dentro do canal côncavo anular 62 do disco 56 e formando um apoio axial dos pés das lâminas.

[062] O flange 74 compreende uma parede significativamente troncocônica 76 alargando a jusante, e cuja espessura aumenta a jusante. O flange 74 é limitado em sua extremidade a jusante por uma face radial 78 de apoio contra as lâminas. O flange 74 compreende, em sua extremidade a jusante, uma borda anular interna 80 que é recortada ou dentada e que compreende partes sólidas alternando com as partes ocas, e que possui formas significativamente complementares daquelas do rebordo 64 do disco 56 para permitir uma montagem e desmontagem do flange 74 no canal côncavo anular 62 para a translação axial, uma rotação do flange 74 em relação ao disco 56 e um bloqueio axial do flange 74 no canal 62 do disco para apoio das partes sólidas do rebordo 80 do flange contra as partes sólidas do rebordo 64 do disco.

[063] O flange 74 compreende, por fim, os recortes 82 ou as partes ocas formadas em alternância com as partes sólidas 84 no seu bordo a montante.

[064] O flange 74 tem a rotação imobilizada por meio de um anel 86 com uma parte cilíndrica 88 delimitada pelas faces cilíndricas internas e externas. A face externa possui projeções 90 que se estendem radialmente para fora e circunferencialmente ao longo da referida superfície externa da parte cilíndrica 88, e que se inserem nos recortes 82 do bordo a montante do flange 74, criando uma paragem contra as partes sólidas 84 do bordo a montante do flange 74 para assegurar a antirrotação do mesmo. O bordo a montante do anel é ligado às espigas 92 que se estendem radialmente para o interior, formadas com os buracos 94 de passagem do parafuso. Essas espigas estão em contato axial pela parte a montante contra o aro 66 do disco 56, de modo que os buracos 94 das espigas 92 estão alinhados com os buracos 68 do aro 66 e a parte cilíndrica 88 do anel está em apoio axial pela parte exterior contra o aro 66 do disco. O anel 86 pode ser feito de aço em alta liga para resistir ao arrancamento.

[065] O flange 74 é, adicionalmente, imobilizado em rotação para parar as suas partes sólidas 84 contra as projeções 90 do anel.

[066] Um capô 96, por exemplo, em alumínio e cônico, é fixado no disco 12. Para isso, o capô 96 possui, em sua parte média, uma borda anular 98 interna, na qual se formam os buracos axiais 100 transversais (figura 5), localizados próximos a um buraco 94 em dois dos anéis 86 alinhados com alguns buracos 68 do aro 66 do disco 56. Estes buracos 100 são atravessados pelos parafusos 70 que cooperam com as porcas 102 alojadas contra a jusante do aro 66 do disco 56 e que permitem fixar juntos o capô 96, o anel 86 e o disco 56. A parte a jusante do capô 96 cobre o anel de 86 e o flange 74 de modo que a nervura interna 26 definida pelas entre as lâminas se estende dentro do prolongamento axial da parte a jusante do capô 96.

[067] Tal como este é visível na figura 7, todos os outros buracos 94 do anel exceto um, localizado ao lado dos outros buracos 68 do aro 66 do disco 56, são atravessados pelos parafusos 72 que cooperam com as porcas 104 e que servem unicamente para a fixação do anel 86 no disco 56. As cabeças desses parafusos estão alojadas nos buracos cegos 106 localizados no rebordo interno 98 do capô 96.

[068] O rebordo interno 98 do capô 96 também compreende um acoplamento cilíndrico 108 que se estende a jusante, cuja extremidade entra em apoio contra a extremidade interna do aro 66 do disco.

[069] O capô 96 possui, além disso, as linhas radiais 110 que servem para a montagem dos parafusos de equilíbrio, tal como é bem conhecido na técnica anterior. Para assegurar a posição correta dos parafusos, é necessário indexar a posição do capô 96 em relação ao rotor da ventoinha. Para fazer isso, como mostrado na figura 6, um pino de indexação 112 é montado dentro do último buraco 94 do anel alinhado com um buraco 68 do aro 66 do disco 56. O pino 112 tem uma cabeça 116 alojada em um buraco cego 114 do rebordo interno 98 do capô 96, o diâmetro da cabeça 116 do pino 112 sendo determinado de modo a não pode ser inserido em outro buraco cego 106, fornecido para a colocação das cabeças dos parafusos 72.

[070] Agora, nos referimos à figura 8, que representa uma vista geral em escala da ventoinha de acordo com a invenção, que compreende o rotor descrito acima. O disco 56 é concebido ao redor do eixo 130 do motor de turbina, o que resulta na rotação por um eixo de transmissão a jusante (não representado). As lâminas 132, entre as quais são intercaladas as plataformas entre as lâminas 134, são guiadas pelo disco 56.

[071] Cada lâmina 132 da ventoinha compreende uma pá 136 ligada à sua extremidade radialmente interna a uma base 138 que é acoplada dentro de um sulco 58 sensivelmente axial de forma complementar ao disco 56, formado entre duas nervuras 140 do disco 56, e que permite reter radialmente esta lâmina 132 sobre o disco 56.

[072] As lâminas 132 da ventoinha são retidas axialmente dentro dos sulcos 58 do disco 56 através dos meios 74, 86, 70 e 96 descritos mais acima e dispostos a montante das lâminas 132.

[073] Um calço 142 é intercalado entre a base 138 de cada lâmina 132 e a parte inferior do sulco 58 correspondente do disco 56 para imobilizar radialmente a lâmina 132 sobre o disco 56.

[074] As plataformas 134 entre as lâminas formam uma parede que delimita interiormente a nervura 144 do fluxo de ar que entra no motor de turbina, e que compreende os meios que cooperam com os meios correspondentes fornecidos no disco 56, entre os sulcos 58, para fixar as plataformas sobre o disco.

[075] As lâminas 132 são rodeadas por uma caixa anular externa 146 que delimita a entrada de ar do motor de turbina. A caixa externa 146 compreende uma parede anular interna 148 que delimita externamente a nervura 144 do fluxo de ar que entra no motor de turbina, e em relação à qual as extremidades externas das lâminas 132 se movem circunferencialmente em rotação.

[076] A razão do cubo da ventoinha representada corresponde à razão da distância B entre o eixo 130 do motor de turbina e o limite interno da nervura 144 ao nível do bordo de ataque da lâmina 132, dividido pela distância A entre o eixo 130 do motor de turbina e as extremidades externas das lâminas 132. A ventoinha representada na figura 8 foi projetada para obter uma razão do cubo que pode estar compreendida entre 0,25 e 0,27, enquanto que a distância A possui um valor compreendido entre 450 e 600 mm. Esta escolha da razão do cubo envolve o uso de um disco cujo limite externo, nas partes superiores das nervuras, é compreendido entre 115 mm e 145 mm.

[077] Por fim, tal como já foi relatado acima, os meios 74, 86, 70, 96 de retenção axial das lâminas 132 são bastante eficazes, de modo que, ao contrário da ventoinha da técnica anterior representada nas figuras 1 e 2, a ventoinha, de acordo com a invenção e representada na figura 8, não possui os ganchos de retenção axial das lâminas 132 dispostas a jusante das lâminas 132. Ao contrário, como se pode observar, o compressor de baixa pressão 150 disposto a jusante do disco 56 da ventoinha é diretamente apoiado contra as extremidades a jusante das bases das lâminas 138 e das nervuras 140 do disco. Portanto, não há mais restrição da profundidade radial das nervuras ligadas aos ganchos a jusante.

[078] Consequentemente, os sulcos 58 são radialmente menos profundas, com uma altura compreendida entre 18 mm e 22 mm, do que os sulcos adaptados para a colocação de um gancho de retenção axial das lâminas. As cunhas 142, usadas para manter os pés das lâminas 138 em apoio radial contra as nervuras 140, também são radialmente menos espessos. As nervuras 140, pelo mesmo fato menos alongadas, são suficientemente compactas para resistir às deformações e à ruptura. Este ganho na resistência das nervuras 140 permite formar o disco em uma liga de titânio relativamente leve, por exemplo, em relação a uma liga de inconel. Além disso, considerando a nova distribuição da massa do disco resultante da modificação da altura dos sulcos, a parede interna 152 do disco 56 foi formada de modo a apresentar um perfil de equilíbrio do disco 56 diferente do da técnica anterior apresentado com os pesos. Este perfil da parede 152 é troncocônico, se largando a jusante. Proporcionalmente ao disco, este perfil de equilíbrio se estende menos que o peso para dentro do motor de turbina, até um raio mínimo compreendido no âmbito da invenção, entre 60 e 70 mm, que representa o limite interno do disco. Este perfil permite a passagem da ferramenta mais volumosa no espaço de acesso axial a montante localizado no centro do disco 56 e comumente utilizada na montagem do motor de turbina. Agora nos referimos às figuras 9 e 10, que representam as cunhas 142, estas últimas tendo sido adaptadas para a redução da profundidade dos sulcos 58. Cada calço se apresenta, mais particularmente, sob a forma de uma placa de duas faces 154, alongada ao longo do eixo da ventoinha e colocada contra o fundo de um dos sulcos 58. Este calço é simétrico nas três direções axiais, radiais e circunferenciais, evitando eventuais erros de montagem. Cada face do calço possui as bordas laterais 156, ou circunferenciais, chanfradas, com cada um dos chanfros 158 formando um ângulo de 10° com uma face. Os chanfros 158 de cada face 154 se juntam radialmente face a face nas extremidades laterais do calço, de modo a formar as duas bordas laterais 156 do calço. Os ângulos da junção entre as faces 154 do calço e os chanfros 158 são suavizados de modo a apresentar uma curva de raio entre 1,50 mm e 1,80 mm, e mais particularmente igual a 1,65 mm. Os ângulos das junções entre os chanfros 158 respectivos que formam as bordas laterais 156 do calço são suavizados de modo a apresentar uma curva de raio compreendida entre 0,45 mm e 0,75 mm, e mais particularmente igual a 0,6 mm. Cada calço 142 tem uma espessura radial compreendida entre 1 mm e 3 mm, mais particularmente igual a 2 mm, e uma dimensão lateral compreendida entre 17,0 mm e 18,2 mm, e mais particularmente igual a 17,6 mm.

Claims (16)

1. VENTOINHA para um motor de turbina como um turbojato, que compreende, na entrada das lâminas (132) da ventoinha, uma caixa anular, um cubo girando em torno de um eixo (130) do motor de turbina e com as lâminas, as quais se estendem radialmente em relação ao eixo (130) dentro de uma nervura anular (144) delimitada internamente pelo cubo e externamente pela caixa anular (146), o cubo compreendendo um disco da ventoinha (56) tendo, em sua periferia externa, nervuras (140) axiais formadas em alternância com sulcos (58), no qual estão presos os pés (138) das lâminas, a ventoinha (96) tendo um capô (96) anular montado sobre o disco (56) a montante das lâminas (132) e meios de reter axialmente as lâminas sobre o disco compreendendo um flange (74) montado dentro de um canal côncavo anular (62) do disco e formando um apoio axial dos pés (138) das lâminas, o flange (74) compreendendo uma borda anular radial (80) recortada e cooperando com uma borda anular radial (64) recortada do canal côncavo anular (62) do disco, de modo a assegurar um bloqueio axial do flange no canal côncavo anular do disco, e meios de imobilização em rotação do flange (74), com um anel (86) com espigas (92) estendendo-se radialmente para dentro e formando com os meios de fixação (68, 94, 70, 72), sobre uma face radial a montante do disco (56), o capô (96) estando fixo sobre o disco pelos meios de fixação (100, 68, 94, 70) parcialmente comum aos meios de fixação pelo menos certas espigas (92) do anel sobre o disco, a ventoinha sendo caracterizada pelo anel (86) compreender ainda pelo menos uma projeção radial (90) que coopera com uma paragem (84) complementar do flange, de modo a bloquear a rotação do flange (74) em relação ao anel (86) e pela ventoinha ter um diâmetro de entrada (A) que corresponde ao diâmetro do círculo incluindo as extremidades radialmente externas das lâminas, que é um valor compreendido entre 900 mm e 1550 mm, e com uma razão do cubo que corresponde à razão do diâmetro (B) do limite interno da nervura no nível das extremidades radialmente internas dos bordos de ataque das lâminas da ventoinha, dividido pelo diâmetro de entrada, com o valor compreendido entre 0,20 e 0,265.

2. VENTOINHA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo diâmetro de entrada ser compreendido entre 900 mm e 1200 mm.

3. VENTOINHA, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo disco (56) compreender um aro a montante (66) estendendo-se para o interior, e com buracos (68) alinhado com os buracos (94) das espigas (92) para a passagem dos parafusos axiais (70, 72) para formar os meios de fixação do anel sobre o disco.

4. VENTOINHA, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo anel (86) compreender uma parte cilíndrica (88) a partir da qual as projeções radiais (90) se estendem radialmente para fora, as espigas (92), se estendem radialmente para o interior desde a borda acima da parte cilíndrica (88), estando a parte cilíndrica do anel em apoio radial sobre o aro (66) do disco.

5. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelas paragens (84) do flange que cooperam com as projeções radiais (90) do anel serem formadas por recortes (82) instalados sobre uma borda a montante do flange (74).

6. VENTOINHA, de acordo com a reivindicação 5, caracterizada por, para todas as nervuras (140) e para todos os recortes (82), um dos recortes ser estabelecido sobre a borda a montante do flange em alinhamento axial com uma das nervuras do disco.

7. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, caracterizada pelo capô (96) possuir, em sua parte média, uma borda anular interna (98) dentro da qual são formados os buracos cegos axiais (106) conducentes para a jusante e que servem para o alojamento das cabeças dos parafusos de fixação (72) do anel sobre o disco, e os buracos axiais passantes (100) para a passagem dos parafusos de fixação (70) comuns do capô (96) e do anel (86) sobre o disco.

8. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada pelo disco (56) possuir um limite externo, formado pelas extremidades externas das nervuras (140), cujo diâmetro possui entre 245 mm e 275 mm de comprimento, e um limite interno, formado pela extremidade interna de um perfil de compensação do disco, cujo diâmetro possui de 120 mm e 140 mm de comprimento.

9. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizada pelo disco (56) possuir um limite externo, formado pelas extremidades externas das nervuras (140), cujo diâmetro possui entre 245 mm e 275 mm de comprimento, e em que os sulcos (58) do disco possuem uma dimensão radial, entre o fundo dos sulcos (58) e a parte superior das nervuras (140) compreendido entre 18 mm e 22 mm.

10. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, caracterizada por um calço (142) de espessura radial compreendida entre 1 mm e 3 mm ser intercalado radialmente entre um calço da lâmina (138) e o fundo do sulco (58).

11. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 8 a 10, caracterizada pelo perfil de compensação do disco (56) ser formado por um furo interno cuja forma é troncocônica, alargando a jusante, com a extremidade a montante do furo formando o limite interno do disco.

12. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 11, caracterizada pelo disco possuir entre 17 e 21 lâminas, preferencialmente entre 18 e 20 lâminas.

13. VENTOINHA, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 12, caracterizada pelo disco ser de liga de titânio, e mais particularmente de liga TA6V ou TI17 (TA5CD4).

14. VENTOINHA, de acordo com a reivindicação 1 a 7, caracterizado por compreender uma parte cilíndrica (88) que compreende uma face cilíndrica interna e uma face cilíndrica externa, da qual projeções radiais (90) se estendem regularmente radialmente para fora, as espigas (92) estendendo-se radialmente para dentro da parte cilíndrica desde uma borda da parte cilíndrica, com cada espiga estando localizada significativamente entre cada par de projeções adjacentes.

15. FLANGE ANULAR (74) PARA UMA VENTOINHA, conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizada por compreender uma parede troncocônica (76), de espessura variável, cuja extremidade de maior diâmetro está ligada a uma borda anular (80) que se estende para o interior e que é recortada regularmente, e cuja extremidade de menor diâmetro é recortada regularmente.

16. MOTOR DE TURBINA, tal como um turbojato, caracterizado por compreender uma ventoinha conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 7.

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